DE102014110662A1

DE102014110662A1 - Dreidimensional geformtes Objekt und Vorrichtung und Herstellungsverfahren für das dreidimensional geformte Objekt

Info

Publication number: DE102014110662A1
Application number: DE102014110662.8A
Authority: DE
Inventors: Cheng-Chen Yang; Yi-Chih Fan; Chun-Hung Huang
Original assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Current assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Priority date: 2014-01-06
Filing date: 2014-07-29
Publication date: 2015-07-09
Also published as: CN104760279A; TW201527079A; TWI535554B; US20150190962A1

Abstract

Ein dreidimensional geformtes Objekt und eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung des dreidimensional geformten Objekts sind bereitgestellt. Die Vorrichtung zur Herstellung des dreidimensional geformten Objekts beinhaltet ein Stützmodul, ein Materialversorgungsmodul und ein Energiequellenmodul. Das Stützmodul ist geeignet, um ein halbfertiges Objekt zu halten. Das Materialversorgungsmodul liefert ein Pulvermaterial und bringt das Pulvermaterial an einer Oberfläche des halbfertigen Objekts an. Das Energiequellenmodul liefert eine Strahlungsquelle, die das halbfertige Objekt bestrahlt. Das Stützmodul ist angepasst, um das halbfertige Objekt zu drehen, so dass das Pulvermaterial, das an das halbfertige Objekt angebracht wurde, zu dem Energiequellenmodul gedreht wird und von der Strahlungsquelle bestrahlt wird, um eine Sinterschicht zu bilden. Das Pulvermaterial verbleibt auf dem halbfertigen Objekt während das halbfertige Objekt gedreht wird.

Description

Querverweise auf verwandte Anmeldungen
Die Anmeldung beansprucht die Vorzüge der Priorität der Taiwanesischen Anmeldung mit der Seriennummer 103100411 , eingereicht am 06. Januar 2014. Die Gesamtheit der oben erwähnten Patentanmeldung ist hiermit eingeschlossen und wird zum Teil dieser Beschreibung gemacht.
Technisches Gebiet
Das technische Gebiet betrifft ein dreidimensional geformtes Objekt und eine Vorrichtung und ein Herstellungsverfahren für das dreidimensional geformte Objekt. Insbesondere betrifft das technische Gebiet ein dreidimensional geformtes Objekt mit gesinterten Schichten bzw. Schmelzschichten bzw. Sinterschicht, die übereinander liegen bzw. gestapelt sind und eine Vorrichtung und ein Herstellungsverfahren für das dreidimensional geformte Objekt.
Hintergrund
Gemäß der additiven Herstellungstechnologie (AM), die auch als dreidimensionales (3D) Drucken bezeichnet wird, wird ein 3D Bild in eine Reihe zweidimensionaler (2D) Schichten geschnitten und die zweidimensionalen (2D) Schichten werden übereinandergelegt, um ein dreidimensional geformtes Objekt zu bilden.
Im Unterschied zu der herkömmlichen subtraktiven Herstellungstechnologie (die auch als Schnitt-Typ bzw. „cutting-type” Herstellungstechnologie bezeichnet wird), wird die AM Technologie angewendet, um das dreidimensional geformte Objekt durch stapeln der 2D Profile Schicht um Schicht zu bilden, so dass die Zeit bzw. Dauer zur Herstellung des komplizierten dreidimensional geformten Objekts reduziert werden kann. Da die Schritte des Durchführens einiger bzw. mehrerer Schritte und ein Umschalten des Verarbeitungswerkzeugs oder Ausrüstung in der herkömmlichen subtraktiven Herstellungstechnologie in der AM Technologie ausgelassen werden, erfüllt die AM Technologie die Anforderungen der Massenanpassung und verbessert die Herstellungseffizienz erheblich. Außerdem können Sachverhalte aufgelöst werden, die während des herkömmlichen Herstellungsprozesses auftreten.
Jedoch, in der existierenden AM Technologie, kann ein Schweißbad bzw. eine Schweißwulst am Rand des resultierenden dreidimensional geformten Objekts erzeugt werden nachdem ein Laserschmelzprozess bzw. Lasersinterprozess durchgeführt wurde, und somit kann die Größenpräzision, Toleranz und die Rauheit des dreidimensional geformten Objekts nicht effizient gesteuert bzw. kontrolliert werden. Zum Beispiel können in dem dreidimensional geformten Objekt Oberflächen innerer Kanäle oder Nuten mit einem großen Seitenverhältnis nicht einfach grundiert oder poliert werden. In einem anderen Aspekt, wenn ein Produkt mit einem komplizierten Profildesign hergestellt werden soll, müssen unterschiedliche Teile individuell fabriziert und nacheinander miteinander gekoppelt werden, um ein hochentwickeltes Produkt zu bilden und dadurch kann die Fabrikationsrate nicht beschleunigt werden.
Zusammenfassung
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Offenbarung bzw. der Erfindung wird eine Vorrichtung zur Herstellung eines dreidimensional geformten Objekts bereitgestellt, wobei die Vorrichtung ein Unterstützungsmodul bzw. Stützmodul, ein Materialversorgungsmodul und ein Energiequellenmodul beinhaltet. Das Stützmodul ist geeignet, um einen Rohling bzw. ein halbfertiges Objekt zu halten. Das Materialversorgungsmodul liefert bzw. stellt ein Pulvermaterial bereit und bringt das Pulvermaterial an einer Oberfläche des halbfertigen Objekts an. Das Energiequellenmodul versorgt bzw. liefert bzw. stellt eine Strahlungsquelle bereit, die das halbfertige Objekt bestrahlt. Hier ist das Stützmodul angepasst, um das halbfertige Objekt zu rotieren bzw. zu drehen, so dass das Pulvermaterial, das an das halbfertige Objekt angebracht wurde, zu dem Energiequellenmodul gedreht wird und von der Strahlungsquelle bestrahlt wird, um eine Sinterschicht zu bilden und das Pulvermaterial verbleibt auf dem halbfertigen Objekt während das halbfertige Objekt gedreht wird.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird ein Herstellungsverfahren eines dreidimensional geformten Objekts mit den folgenden Schritten bereitgestellt. Eine Vorrichtung zur Herstellung des dreidimensional geformten Objekts wird bereitgestellt, wobei die Vorrichtung ein Stützmodul, ein Materialversorgungsmodul und ein Energiequellenmodul beinhaltet. Das Stützmodul ist geeignet, um ein halbfertiges Objekt zu halten. Das halbfertige Objekt wird gedreht unter Verwendung des Stützmoduls, so dass das Pulvermaterial aus dem Materialversorgungsmodul an einen ersten Bereich des halbfertigen Objekts angebracht wird. Das halbfertige Objekt wird durch das Stützmodul gedreht, so dass der erste Bereich zu dem Energiequellenmodul gedreht wird und von der Strahlungsquelle bestrahlt wird, wobei das Pulvermaterial, das an dem ersten Bereich angebracht wurde, entlang eines vorbestimmten Pfades geschmolzen bzw. gesintert wird, um so eine Sinterschicht zu bilden.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird ein dreidimensional geformtes Objekt bereitgestellt, das ein halbfertiges Objekt und eine Vielzahl gesinterter Strukturen beinhaltet. Die gesinterten Strukturen sind auf dem halbfertigen Objekt gebildet. Hier beinhalten die gesinterten Strukturen einen ersten gesinterten Abschnitt und einen zweiten gesinterten Abschnitt. Der erste gesinterte Abschnitt ist aus einer Vielzahl erster Sinterschichten zusammengesetzt, die auf dem halbfertigen Objekt entlang einer ersten Richtung gestapelt sind. Der zweite gesinterte Abschnitt ist aus einer Vielzahl zweiter Sinterschichten zusammengesetzt, die auf dem halbfertigen Objekt entlang einer zweiten Richtung gestapelt sind, wobei sich die zweite Richtung von der ersten Richtung unterscheidet.
Einige beispielhafte Ausführungsformen sind, begleitet von Zeichnungen, im Folgenden detailliert beschrieben, um die Erfindung weiterhin detailliert zu beschreiben.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die begleitenden Zeichnungen sind eingeschlossen, um ein tieferes Verständnis bereitzustellen und sind eingearbeitet in und stellen einen Teil dieser Spezifikation dar. Die Zeichnungen zeigen beispielhafte Ausführungsformen und dienen zusammen mit der Beschreibung zur Erklärung der Grundlagen der Erfindung.
1 ist eine schematische Ansicht, die eine Vorrichtung zur Herstellung eines dreidimensional geformten Objekts gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung zeigt.
2 ist eine schematische Ansicht, die das Stützmodul zeigt, das in 1 dargestellt ist.
3 ist eine schematische Querschnittsansicht, die das halbfertige Objekt, das in 1 dargestellt ist, entlang einer Schnittlinie I-I zeigt.
4 ist eine Seitenansicht einer Vorrichtung zur Herstellung eines dreidimensional geformten Objekts gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform der Erfindung.
5A ist eine schematische Ansicht, die ein halbfertiges Objekt gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung zeigt.
5B ist eine schematische Querschnittsansicht, die das halbfertige Objekt, das in 5A dargestellt ist, entlang einer Schnittlinie J-J zeigt.
6A bis 6C sind Flüsse bzw. Flussdiagramme, die einen additiven Herstellungsprozess (AM) zeigen, der an dem ersten Bereich an dem halbfertigen Objekt durchgeführt wird, der in 5B gezeigt ist, unter Verwendung einer Vorrichtung zur Herstellung eines dreidimensional geformten Objekts.
7 ist eine schematische dreidimensionale Ansicht von 6A.
8A zeigt ein dreidimensional geformtes Objekt, das durch Durchführung des Herstellungsprozesses gebildet wurde, der in 6A bis 6C dargestellt ist.
8B ist eine schematische Querschnittsansicht, die das halbfertige Objekt, das in 8B dargestellt ist, entlang einer Schnittlinie K-K zeigt.
9 zeigt ein dreidimensional geformtes Objekt, das durch Anwenden einer Vorrichtung zur Herstellung eines dreidimensional geformten Objekts gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform der Erfindung gebildet ist.
Detaillierte Beschreibung der offenbarten Ausführungsformen
1 ist eine schematische Ansicht, die eine Vorrichtung zur Herstellung eines dreidimensional geformten Objekts gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung zeigt. 2 ist eine schematische Ansicht, die das Stützmodul zeigt, das in 1 dargestellt ist. Mit Bezug auf 1 und 2, in der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform, beinhaltet eine Vorrichtung 100 zur Herstellung eines dreidimensional geformten Objekts ein Stützmodul 110, ein Materialversorgungsmodul 120 und ein Energiequellenmodul 130. Das Stützmodul 110 ist angepasst, um das halbfertige Objekt 10 zu halten und kann ein Schubelement 111 und eine Halterung 112 beinhalten. Zum Beispiel kann die Halterung 112 eine pneumatische oder hydraulische Dreibackenhalterung bzw. ein pneumatisches oder hydraulisches Dreibackenfutter zum Halten eines Endes des halbfertigen Objekts 10 sein. Obwohl die Halterung 112 hierin als ein Dreibackenfutter beschrieben ist, kann in anderen beispielhaften Ausführungsformen eine Vierbackenfutter, ein Fünfbackenfutter oder ein Sechsbackenfutter angewendet werden, um das halbfertige Objekt 10 zu halten, was nicht als eine Einschränkung der Erfindung ausgelegt werden sollte.
In einem anderen Aspekt kann das halbfertige Objekt 10 nicht nur durch die Halterung 112 des Stützmoduls 110 gehalten, sondern auch durch Schrauben an dem Stützmodul arretiert werden. Alternativ kann das halbfertige Objekt 10 in einer Befestigungsvorrichtung deponiert sein, die offen gehalten und dadurch an dem Stützmodul befestigt werden kann. Die Erfindung ist nicht auf die beispielhaften Ausführungsformen beschränkt, die hierin bereitgestellt werden.
Insbesondere beinhaltet eine herkömmliche dreiachsige Maschine drei Linearbewegungsachsen, d. h. die Achsen x, y und z, und das Stützmodul 110, das in der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform beschrieben ist, beinhaltet nicht nur die drei Linearbewegungsachsen, sondern umfasst auch eine Rotationsachse A, die parallel zu der Achse x ist, und die Rotationsachse B, die parallel zu der Achse y ist. Die Halterung 112 befindet sich an einer Plattform 113, die um die Rotationsachse B drehbar ist. Daher, wenn die Halterung 112 ein Ende des halbfertigen Objekts 10 hält aber das Schubelement 111 das andere Ende des halbfertigen Objekts 10 nicht schiebt bzw. drückt, wird das halbfertige Objekt 10 durch Drehung der Plattform 113 um die Rotationsachse B gedreht, die in einem vorbestimmten Winkelbereich durch die Halterung 112 hindurchgeht. Die Halterung 112 kann auch um die Rotationsachse A rotierbar sein. Daher, wenn die Halterung 112 ein Ende des halbfertigen Objekts 10 hält und das Schubelement 111 das andere Ende des halbfertigen Objekts 10 drückt, ermöglicht die Rotation der Halterung 112 die Drehung des halbfertigen Objekts 10 um die Rotationsachse A um 360 Grad. Im Falle, dass das halbfertige Objekt 10 durch das Schubelement 111 und die Halterung 112 gehalten und zwischen diesen befestigt ist, kann das halbfertige Objekt 10 stabiler um die Rotationsachse A um 360 Grad gedreht werden.
In einer anderen beispielhaften Ausführungsform kann das Stützmodul 110 auch eine andere Art einer fünfachsigen Maschine sein, wobei eine der zwei Rotationsachsen parallel zu der Achse z ist. Daher, zusätzlich zu der obigen Bewegung, kann das Stützmodul 110 die drei Linearbewegungsachsen x, y und z, die Rotationsachse A parallel zu der Achse x und eine Rotationsachse (nicht gezeigt) parallel zu der Achse z beinhalten oder die drei Linearbewegungsachsen x, y und z, die Rotationsachse A parallel zu der Achse Y und eine Rotationsachse (nicht gezeigt) parallel zu der Achse Z beinhalten. Die Erfindung ist nicht auf die beispielhaften Ausführungsformen beschränkt, die hierin bereitgestellt werden. Die Vorrichtung 100 zur Herstellung eines dreidimensional geformten Objekts beinhaltet weiterhin ein Schneide- und Poliermodul 140, wobei das Schneide- und Poliermodul 140 mit einem Messer 141 ausgestattet ist, die angepasst ist, um einen Schneide- oder Polierprozess an dem halbfertigen Objekt 10 auszuführen. Die drei Linearbewegungsachsen x, y und z des Stützmoduls 110 können die Position bestimmen, in der das Messer 141 den Schnitt- oder Polierprozess ausführt, während die zwei Rotationsachsen A und B die Schnittrichtung bestimmen können, in der das Messer den Schnitt- oder Polierprozess ausführt.
Wie in 1 und 2 gezeigt, weist das hierin beschriebene halbfertige Objekt 10 eine stangenförmige Form auf und eine Oberfläche wenigstens eines Bereichs des halbfertigen Objekts 10 ist nicht plan bzw. uneben. Jedoch ist die Erfindung nicht darauf beschränkt. In anderen beispielhaften Ausführungsformen kann das halbfertige Objekt 10 eine kugelförmige Form, eine asphärische Form oder eine andere Form aufweisen. Das halbfertige Objekt 10 kann nämlich eine dreidimensionale Struktur aufweisen, dessen Form in der Erfindung nicht beschränkt ist und die Form des halbfertigen Objekts 10 kann bestimmt werden durch Durchführen des Schneide- oder Polierprozesses durch das Schneide- oder Polierwerkzeug 140 oder durch Durchführen eines anderen Prozesses und unter Verwendung einer anderen Maschine.
Das Materialversorgungsmodul 120 liefert ein Pulvermaterial M, das Metallpulver oder Polymerpulver sein kann. Zum Beispiel kann das Material des Metallpulvers martensitaushärtender Stahl, eine Aluminiumlegierung, rostfreier Stahl oder eine Titanlegierung sein, was jedoch nicht als Einschränkung der Erfindung ausgelegt werden soll. Die Vorrichtung 100 zur Herstellung eines dreidimensional geformten Objekts beinhaltet weiterhin eine Energieversorgung 150, die elektrisch zwischen dem Stützmodul 110 und dem Materialversorgungsmodul 120 gekoppelt ist. Wenn sich das halbfertige Objekt 10 dem Materialversorgungsmodul 120 nähert, kann das Pulvermaterial M an dem halbfertigen Objekt 10 durch eine elektrostatische Kraft angebracht werden. In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform kann das Materialversorgungsmodul 120 dem halbfertigen Objekt 10 das Pulvermaterial M bereitstellen und das Pulvermaterial M kann die Oberfläche des halbfertigen Objekts 10 Schicht um Schicht überdecken.
Insbesondere kann die Energieversorgung 150 1,5 kV bis 10 kV Hochspannung ausgeben. Ein Ende der Energieversorgung 150 ist elektrisch mit dem Schubelement 111 gekoppelt während das andere Ende elektrisch mit dem Materialversorgungsmodul 120 gekoppelt ist, so dass das Pulvermaterial M in dem Materialversorgungsmodul 120 Ladungen trägt. Daher, wenn das halbfertige Objekt 10 sich dem Materialversorgungsmodul 120 nähert, kann das das Pulvermaterial M, das sich in dem Materialversorgungsmodul 120 befindet und Ladungen trägt durch die elektrostatische Kraft an das halbfertige Objekt 10 angebracht werden.
Falls zum Beispiel das Pulvermaterial M das Metallpulver ist, wird das Metallpulver durch eine Van-der-Waals-Kraft an dem halbfertigen Objekt 10 angebracht, nachdem das Metallpulver in Kontakt mit dem halbfertigen Objekt 10 getreten ist, und Partikel des Metallpulvers werden durch Kohäsion voneinander angezogen. In der vorliegenden exemplarischen Ausführungsform kann das halbfertige Objekt 10 weiterhin mit einem Medium mit hoher Impedanz bzw. hohem Widerstand ummantelt sein, wie etwa Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polyvinylchlorid (PVC), Harz oder irgendein anderes Material mit hohem Widerstand.
Falls zum Beispiel das Pulvermaterial M das Polymerpulver ist, ist das Polymerpulver, das sich von dem oben beschriebenen Metallpulver unterscheidet, an dem halbfertigen Objekt 10 durch die verbleibende elektrostatische Kraft angebracht und Partikel des Polymerpulvers ziehen sich gegenseitig ebenfalls durch die verbleibende elektrostatische Kraft an. Anders ausgedrückt, obwohl die Partikel des Polymerpulvers einander durch Kohäsion anziehen können und auch durch die Van-der-Waals-Kraft an dem halbfertigen Objekt 10 angebracht werden können, sind Kohäsion und Van-der-Waals-Kraft viel schwächer als die verbleibende elektrostatische Kraft.
Aufgrund der Energieversorgung 150 kann das Polymerpulver auch Ladungen tragen. Da sich das Polymerpulver in seiner Natur von dem Metallpulver unterscheidet, kann der Bereich der Hochspannungsquelle gemäß den gegebenen Anforderungen eingestellt werden, falls das Pulvermaterial M in dem Materialversorgungsmodul 120 das Polymerpulver ist.
Aus anderer Sichtweise, sogar in dem Fall, dass die Oberfläche wenigstens eines Bereichs auf dem halbfertigen Objekt 10 uneben ist oder die gesamte Oberfläche des halbfertigen Objekts 10 uneben ist, kann das Pulvermaterial MM immer noch an der unebenen Oberfläche durch die elektrostatische Kraft angebracht werden. Nämlich, sogar falls die Oberfläche des halbfertigen Objekts 10 nicht ausreichend flach bzw. eben ist, wird die Verarbeitungsgeschwindigkeit nicht entsprechend beeinflusst. Gemäß dem Stand der Technik kann ein dreidimensional geformtes Objekt lediglich durch befestigen bzw. betonieren einer ebenen Oberfläche mit dem Pulvermaterial gebildet werden. Im Gegensatz dazu kann die Vorrichtung 100 zur Herstellung eines dreidimensional geformten Objekts wie hierin beschrieben flexibler angewendet werden. In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform ist ein Ende der Energieversorgung 150 elektrisch mit dem Schubelement 150 gekoppelt. Jedoch kann in einer anderen beispielhaften Ausführungsform ein Ende der Energieversorgung 150 auch elektrisch mit der Halterung 112 gekoppelt sein, was gemäß den vorliegenden Anforderungen bestimmt werden kann.
3 ist eine schematische Querschnittsansicht, die das halbfertige Objekt, das in 1 dargestellt ist, entlang einer Schnittlinie I-I zeigt. Mit Bezug auf 1 und 3, in der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform, kann das Materialversorgungsmodul 120 ein Abstreifelement bzw. Schabelement 121, z. B. einen Schaber beinhalten. Wenn das ladungstragende Pulvermaterial M durch die elektrostatische Kraft an das halbfertige Objekt 10 angebracht wird, kann die Dicke des Pulvermaterials M nicht wie gewünscht sein. Um die Dicke und die Gleichmäßigkeit des gestapelten Pulvermaterials M zu steuern, kann das Schabelement das Pulvermaterial M, das an das halbfertige Objekt 10 angebracht wurde, abschaben und einebnen bzw. ausgleichen. Insbesondere bleibt das Schabelement 121 still stehen während das halbfertige Objekt 10 aufgrund des Betriebs des Stützmoduls 110 horizontal bewegt wird. Zu diesem Zeitpunkt kann das halbfertige Objekt 10, das sich nahe beim Schabelement 121 befindet, relativ zu dem Schabelement 121 bewegt oder gedreht werden, um so das Pulvermaterial M, das an dem halbfertigen Objekt 10 angebracht ist, abzuschaben und einzuebnen. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die beispielhaften Ausführungsformen beschränkt, die hierin bereitgestellt werden.
In einer anderen beispielhaften Ausführungsform, falls das halbfertige Objekt 10 still bzw. unbewegt verbleibt, kann das Schabelement 121 entlang der drei Linearbewegungsachsen bewegt werden, so dass das Schabelement 121, das sich nahe dem halbfertigen Objekt 10 befindet, horizontal um das halbfertige Objekt 10 herum bewegt wird, um so das Pulvermaterial M, das an dem halbfertigen Objekt 10 angebracht ist, abzuschaben und einzuebnen. Dieser Effekt kann auch dann erreicht werden, obwohl sowohl das halbfertige Objekt 10 und das Schabelement 121 bewegt werden.
In einem anderen Aspekt kann die Dicke des Pulvermaterials M auch durch Einstellen der elektrostatischen Kraft gesteuert werden. Zum Beispiel ermöglicht eine große elektrostatische Kraft zwischen dem Pulvermaterial M und dem halbfertigen Objekt 10 eine Erhöhung der Dicke des Pulvermaterials M, das an dem halbfertigen Objekt 10 angebracht ist, und ermöglicht eine kleine elektrostatische Kraft zwischen dem Pulvermaterial M und dem halbfertigen Objekt 10 eine Verminderung der Dicke des Pulvermaterials M, das an dem halbfertigen Objekt 10 angebracht ist. In einer anderen beispielhaften Ausführungsform kann die Dicke des Pulvermaterials M (z. B. des Polymerpulvers) auch durch Einstellen der Dauer, während derer das Pulvermaterial M an das halbfertige Objekt 10 angebracht wird, gesteuert werden. Zum Beispiel, falls die Rotationsgeschwindigkeit des halbfertigen Objekts 10 reduziert wird, kann sich die Dicke des angebrachten Pulvermaterials M erhöhen. Falls die Rotationsgeschwindigkeit des halbfertigen Objekts 10 erhöht wird, kann sich die Dicke des angebrachten Pulvermaterials M vermindern.
Das Energiequellenmodul 130 dient zur Versorgung einer Strahlungsquelle L (z. B. einer Laserlichtquelle), die das halbfertige Objekt 10 bestrahlt. Hier ist das Stützmodul 110 angepasst, um das halbfertige Objekt 10 entlang der Rotationsachse A zu drehen, so dass das Pulvermaterial M, das an dem halbfertigen Objekt 10 angebracht ist, zu dem Energiequellenmodul 130 gedreht wird und durch die Strahlungsquelle L bestrahlt wird, um eine Sinterschicht (nicht in 1 gezeigt) zu bilden. Um die Dicke und die Gleichmäßigkeit der Sinterschicht zu steuern, kann das Messer 141 des Schneide- und Poliermoduls 140 einen Schneide- oder Polierprozess an unnötigen Teilen der Sinterschicht in einer geeigneten Weise durchführen. Hier ist das Energiequellenmodul 130, zum Beispiel, ein Zoomenergiequellenmodul, das in der Lage ist die Oberfläche des halbfertigen Objekts 10 durch einen Entfernungsmesser abzutasten, z. B. einen Laserentfernungsmesser (nicht gezeigt), um so die Schwankung der Oberfläche des halbfertigen Objekts 10 zu erfahren. Daraufhin kann die Brennweite des Energiequellenmoduls 130 eingestellt werden und die Strahlungsquelle kann auf den zu schmelzenden bzw. sinternden Bereich fokussiert werden, um die ausreichende Menge an Energie zu liefern, um das Pulvermaterial M zu schmelzen bzw. sintern.
Das Energiequellenmodul 130 und das Materialversorgungsmodul 120 sind, zum Beispiel, an räumlich unterschiedlichen Stellen konfiguriert. Daher, falls das halbfertige Objekt 10 still bzw. unbewegt verbleibt, kann das Materialversorgungsmodul 120 das Pulvermaterial M auch dem ersten Bereich R1 auf dem halbfertigen Objekt 10 bereitstellen und das Energiequellenmodul 130 kann den zweiten Bereich R2 auf dem halbfertigen Objekt 10 bestrahlen, wobei der ersten Bereich R1 sich von dem zweiten Bereich R2 unterscheidet. Das heißt, eine Bestrahlungsrichtung der Strahlungsquelle L unterscheidet sich von einer Richtung, in der das Pulvermaterial M auf das halbfertige Objekt 10 geliefert wird. In 1 sind das Materialversorgungsmodul 120 und das Energiequellenmodul 130 einander zugewandt, worauf die Erfindung jedoch nicht begrenzt ist.
In der vorangegangenen beispielhaften Ausführungsform wurde das Energiequellenmodul 130 eingeführt, das in der Lage ist die Laserlichtquelle bereitzustellen. Jedoch, in einer anderen beispielhaften Ausführungsform, kann das Energiequellenmodul 130 eine Plasmaverarbeitungseinrichtung sein und die Energie, die zum Sintern des Pulvermaterials M benötigt wird, kann durch Bombardieren des zu sinternden Bereichs unter Verwendung der Plasmaquelle bereitgestellt werden.
4 ist eine Seitenansicht einer Vorrichtung zur Herstellung eines dreidimensional geformten Objekts gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform der Erfindung. Zur klaren Darstellung und Erklärung, das Schubelement 111, die Halterung 112 und die Energieversorgung 150, die in 1 dargestellt sind, werden in 4 ausgelassen. In der Vorrichtung 100, die in 1 dargestellt ist, befinden sich das Materialversorgungsmodul 120 und das Energiequellenmodul 130 an zwei einzelnen Seiten des halbfertigen Objekts 10, d. h. ein eingeschlossener Winkel von 180 Grad befindet sich zwischen einer Linie, die das Materialversorgungsmodul 120 und das halbfertige Objekt 10 verbindet, und einer Linie, die das Energiequellenmodul 130 und das halbfertige Objekt 10 verbindet. Jedoch, in der hierin beschriebenen Vorrichtung 100A, die in 4 dargestellt ist, befindet sich zum Beispiel ein eingeschlossener Winkel von 90 Grad zwischen der Linie, die das Materialversorgungsmodul 120 und das halbfertige Objekt 10 verbindet, und der Linie, die das Energiequellenmodul 130 und das halbfertige Objekt 10 verbindet. Das heißt, die relativen Stellen des Materialversorgungsmoduls 120 und des Energiequellenmoduls 130 können gemäß vorliegender Anforderungen eingestellt werden und die eingeschlossenen Winkel zwischen der Linie, die das Materialversorgungsmodul 120 und das halbfertige Objekt 10 verbindet, und der Linie, die das Energiequellenmodul 130 und das halbfertige Objekt 10 verbindet sollen nicht zur Einschränkung der Erfindung ausgelegt werden. Insbesondere werden die relativen Stellen des Materialversorgungsmoduls 120 und des Energiequellenmoduls 130 unter der Voraussetzung bestimmt, dass die Strahlungsquelle L, die durch das Energiequellenmodul 130 bereitgestellt ist, nicht durch das Materialversorgungsmodul 120 blockiert wird und diese das halbfertige Objekt 10 erfolgreich bestrahlen kann.
5A ist eine schematische Ansicht, die ein halbfertiges Objekt gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung zeigt. 5B ist eine schematische Querschnittsansicht, die das halbfertige Objekt, das in 5A dargestellt ist, entlang einer Schnittlinie J-J zeigt. Mit Bezug auf 5A und 5B, in der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform, weist das halbfertige Objekt 10 eine Vielzahl von Nuten 11 auf, die darauf als die Oberflächenstruktur gebildet sind. Gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform ist die Erstreckungsrichtung jeder der Nuten 11 nicht parallel zu der Gesamterstreckungsrichtung des stangenförmigen halbfertigen Objekts 10. Daher, wenn das halbfertige Objekt 10 an dem Stützmodul 110, das in 1 dargestellt ist, platziert wird, ist die Erstreckungsrichtung jeder der Nuten 11 nicht parallel zu der Rotationsachse A. Insbesondere kann das halbfertige Objekt 10 durch mechanische Bearbeitung eines säulenartigen Objekts gebildet werden, d. h. die Nuten 11 können durch das Messer 141 des Schneide- und Poliermoduls 140, das in 2 dargestellt ist, gebildet und geformt werden. Sicherlich können die Nuten 11 auch auf eine andere Weise gebildet werden, z. B. durch Durchführen eines Formungsprozesses und Stanzprozesses.
6A bis 6C sind Flüsse bzw. Flussdiagramme, die einen additiven Herstellungsprozess (AM) zeigen, der an dem ersten Bereich an dem halbfertigen Objekt durchgeführt wird, der in 5B gezeigt ist, unter Verwendung einer Vorrichtung zur Herstellung eines dreidimensional geformten Objekts. 7 ist eine schematische dreidimensionale Ansicht von 6A. Mit Bezug auf 1 und 6A, falls der AM-Prozess an dem ersten Bereich 12 durchgeführt werden soll, kann das Stützmodul 110 das halbfertige Objekt 10 um die Rotationsachse A drehen, um so den ersten Bereich zu dem Materialversorgungsmodul 120 zu drehen. Zu diesem Zeitpunkt kann das Pulvermaterial M in dem Materialversorgungsmodul 120 an dem ersten Bereich 12 des halbfertigen Objekts 10 durch die elektrostatische Kraft angebracht werden. Nachdem das Pulvermaterial M an dem ersten Bereich 12 angebracht wurde, dreht das Stützmodul 110 weiter um die Rotationsachse A, so dass der erste Bereich 12 an dem halbfertigen Objekt 10 zu dem Energiequellenmodul 130 gedreht und durch die Strahlungsquelle L bestrahlt wird. Angesichts der obigen Beschreibung wird das Pulvermaterial M durch die elektrostatische Kraft an dem halbfertigen Objekt 10 angebracht. Die Dicke des Pulvermaterials M an dem halbfertigen Objekt 10 kann gesteuert werden durch Einstellen der elektrostatischen Kraft oder durch Mittel eines Schabelements 121.
Insbesondere beinhalten die Vorrichtung 100 oder 100A zur Herstellung eines dreidimensional geformten Objekts eine Berechnungssteuereinheit (nicht gezeigt), die die benötigten Daten entsprechend zu der Form und dem Profil des zu bildenden Objekts berechnet und Steuersignale entsprechend zu den berechneten benötigten Daten an das Stützmodul 110 bzw. das Energiequellenmodul 130 ausgibt. Gemäß den Steuersignalen ist das Stützmodul 110 in der Lage das halbfertige Objekt 10 entlang der drei Linearbewegungsachsen zu bewegen oder das halbfertige Objekt 10 um die zwei Rotationsachsen A und B zu drehen, so dass der zu sinternde erste Bereich 12 dem Energiequellenmodul 130 zugewandt ist. Die Strahlungsquelle L, die durch das Energiequellenmodul 130 bereitgestellt ist, kann basierend auf den Steuersignalen den ersten Bereich 12 bestrahlen und das Pulvermaterial M, das an dem ersten Bereich 12 angebracht ist, entlang eines vorbestimmten Pfades sintern (nicht in 6A gezeigt), um so die Sinterschicht zu bilden.
Zum Beispiel ermöglicht das Energiequellenmodul 130 der Strahlungsquelle L das Pulvermaterial M, das an dem ersten Bereich 12 angebracht ist, gemäß den Steuersignalen, die durch die Berechnungssteuereinheit bereitgestellt wurden, zu bestrahlen. Zu diesem Zeitpunkt bestrahlt die Strahlungsquelle L das Pulvermaterial M, das an dem ersten Bereich 12 angebracht ist, zum Beispiel in einer Richtung D. Danach werden die Schritte des Drehens des halbfertigen Objekts 10, Bereitstellens des Pulvermaterials M, Drehens des halbfertigen Objekts 10 und Bereitstellens der Strahlungsquelle L wiederholt durchgeführt, um so eine Vielzahl erster Sinterschichten S1 zu bilden. Hier sind die ersten Sinterschichten S1 gestapelt, um einen ersten Sinterabschnitt 21 zu bilden und eine Richtung, in der die ersten Sinterschichten S1 gestapelt sind, ist parallel zu einer ersten Richtung D1. Gewiss sie die Abmessung und die Stelle jeder der Sinterschichten S1 in dem ersten Sinterabschnitt 21 gemäß der Dateneingabe durch das Berechnungssteuermodul bestimmt.
Wie in 7 gezeigt, aufgrund der fünfachsigen Flexibilität des Stützmoduls 110, können die ersten Sinterschichten S1 fortlaufend an einem vorbestimmten Pfad an einer unebenen Oberfläche gebildet werden.
Mit Bezug auf 6B, während die Schritte des Drehens des halbfertigen Objekts 10, Bereitstellens des Pulvermaterials M, Drehens des halbfertigen Objekts 10 und Bereitstellens der Strahlungsquelle L durchgeführt werden, unterscheidet sich der Rotationswinkel des halbfertigen Objekts 10 von dem Rotationswinkel, der während des in 6A dargestellten Herstellungsprozesses bestimmt wurde, um so die zweiten Sinterschichten S2 mit der erwünschten Form in einem weiteren Schritt zu bilden. Daher werden die zweiten Sinterschichten S2 durch Bestrahlen des Pulvermaterials in der Richtung D gebildet unter Verwendung der Strahlenquelle L des Energiequellenmoduls 130. Das heißt, die Position des Energiequellenmoduls 130 relativ zu dem halbfertigen Objekt 10 verbleibt unverändert, unterschiedliche Sinterschichten werden durch Drehen des halbfertigen Objekts 10 geformt und der benötigte Rotationswinkel des halbfertigen Objekts 10 kann gemäß den Daten, die durch die Berechnungssteuereinheit bereitgestellt werden, bestimmt werden.
Insbesondere werden die Schritte des Drehens des halbfertigen Objekts 10, Bereitstellens des Pulvermaterials M, Drehens des halbfertigen Objekts 10 und Bereitstellens der Strahlungsquelle L wiederholt durchgeführt, um so eine Vielzahl zweiter Sinterschichten S2 zu bilden. Hier sind die zweiten Sinterschichten S2 gestapelt, um einen zweiten Sinterabschnitt 22 zu bilden und eine Richtung, in der die zweiten Sinterabschnitt S2 gestapelt sind, ist parallel zu einer zweiten Richtung D2. Die erste Richtung D1 unterscheidet sich von der zweiten Richtung D2. In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform sind die erste Richtung D1 und die zweite Richtung D2 senkrecht zueinander, d. h. die Richtung, in der die zweiten Sinterschichten S2 gestapelt sind, ist senkrecht zu der Richtung, in der die ersten Sinterschichten S1 gestapelt sind. Jedoch ist die Erfindung nicht dadurch eingeschränkt. Zusätzlich sind das Profil des zweiten Sinterabschnitts 22 und das Profil des ersten Sinterabschnitts 21 verbunden und als ein Bogen geformt gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform.
In 6C werden die Schritte des Drehens des halbfertigen Objekts 10, Bereitstellens des Pulvermaterials M, Drehens des halbfertigen Objekts 10 und Bereitstellens der Strahlungsquelle L wiederholt durchgeführt unter Verwendung der Vorrichtung 100 oder 100A, dargestellt in 1 oder 4, und die Daten von der Berechnungssteuereinheit können angewendet werden, um die Richtung, in der das Energiequellenmodul 130 das halbfertige Objekt 10 bestrahlt, und die Stelle, die durch das Energiequellenmodul 130 bestrahlt wird, einzustellen, um so andere Sinterabschnitte 23 und 24 zu bilden. Gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform sind der erste Sinterabschnitt 21, der zweite Sinterabschnitt 22 und die Sinterabschnitte 23 und 24 zusammengesetzt aus Sinterschichten, die jeweils in unterschiedliche Richtungen gestapelt sind, und der erste Sinterabschnitt 21, der zweite Sinterabschnitt 22 und die Sinterabschnitte 23 und 24 sind verbunden, um die Sinterstruktur 20 zu bilden. Zusätzlich sind in dem Querschnittsprofil die Sinterstruktur 20 und die Nuten 11 verbunden und als aufeinanderfolgende Kreise geformt. Daher kann, nachdem der Herstellungsprozess, der in 6A bis 6C gezeigt ist, durchgeführt wurde, das halbfertige Objekt 10 mit den Nuten 11 in das dreidimensional geformte Objekt mit einigen hohlen Kanälen entlang der Nuten 11 umgewandelt werden. Nachdem die Sinterstruktur 20 gebildet wurde, kann ein verbliebener und nicht gesinterter Abschnitt des Pulvermaterials M immer noch an der Oberfläche des dreidimensional geformten Objekts angebracht sein und der verbliebene und nicht gesinterte Abschnitt des Pulvermaterials kann durch Durchführen eines Reinigungsverfahrens entfernt werden, wie etwa Waschen mit Wasser/Flüssigkeit oder Blasen von Luft/Gas.
In 6C ist das Querschnittsprofil des hohlen Kanals kreisförmig, was nicht als Einschränkung der Erfindung ausgelegt werden sollte. Insbesondere durch Durchführen des Herstellungsprozesses kann das Querschnittsprofil des inneren Kanals eine polygonale Form, eine elliptische Form oder eine ungleichmäßige Form aufweisen gemäß den vorliegenden Designanforderungen. Außerdem können die unnötigen Teile der resultierenden Schichten zum Beispiel durch das Messer 141 des in 1 dargestellten Schneide- und Poliermoduls 140 sauber abgeschnitten oder poliert werden.
Kurz gesagt, bevor oder nachdem die Sinterstrukturen gebildet werden, kann das Messer des Schneide- und Poliermoduls einen Schneide- oder Polierprozess an wenigstens einem der halbfertigen Objekt und den Sinterstrukturen durchführen gemäß den Daten der Berechnungssteuerungseinheit. Dadurch können die mechanische Verarbeitungstechnik und die Technik des Bildens der Sinterstrukturen abwechselnd in dem Verfahren zur Herstellung des dreidimensional geformten Objekts angewendet werden, um so die Gesamtherstellung des dreidimensional geformten Objekts zu beschleunigen. Es sei angemerkt, dass die Reinfolge des Anwendens der zwei Techniken nicht als Einschränkung der Erfindung ausgelegt werden soll und die mechanische Verarbeitungstechnik und die Technik des Bildens der Sinterstrukturen können abwechselnd angewendet werden. Anders ausgedrückt kann das Schneide- und Poliermodul einen Schneideprozess, einen Polierprozess oder beides an wenigstens einem von dem halbfertigen Objekt und den Sinterstrukturen durchführen. Gemäß der so genannten mechanischen Verarbeitungstechnik kann die Oberfläche eines dreidimensional geformten Objekts ausgeglichen oder geglättet werden und unnötige Teile können abgeschnitten werden, um so sicherzustellen, dass das resultierende Objekt das erwünschte Profil hat. Daher kann das hierin beschriebene Schneide- und Poliermodul nicht nur zum glätten des Profils des dreidimensional geformten Objekts dienen sondern auch, um das Profil dreidimensional geformten Objekts von einer ersten Form zu einer zweiten Form zu ändern, die sich von der ersten Form unterscheidet.
Mit Bezug auf 5, während der Drehung des halbfertigen Objekts, d. h. in dem Prozess des Drehens des ersten Bereichs 12 (an dem das Pulvermaterial M angebracht ist) zu dem Energiequellenmodul 130, kann sich der zweite Bereich 13 dem Materialversorgungsmodul 120 nähern. Aufgrund der elektrostatischen Kraft ist das Pulvermaterial M dazu in der Lage an den zweiten Bereich 13 angebracht zu werden und der zweite Bereich 13 unterscheidet sich von dem ersten Bereich 12. Unterdessen kann die Strahlenquelle L das Pulvermaterial M bestrahlen, das an dem ersten Bereich 12 angebracht ist, und der detaillierte Prozess ist bereits oben beschrieben und wird hier nicht weiterhin demonstriert. Nachdem das Pulvermaterial M auch an dem zweiten Bereich 13 angebracht wurde, wird der zweite Bereich 13 zu dem Energiequellenmodul 130 gedreht, so dass die Strahlenquelle auf das Pulvermaterial M strahlen kann, das an dem zweiten Bereich 13 angebracht ist, und das Pulvermaterial M sintern kann. Diese Schritte werden wiederholt ausgeführt, um die hohlen Kanäle (gezeigt in 6C) in sowohl dem ersten Bereich 12 als auch dem zweiten Bereich 13 zu bilden. In der Ausführungsform, wenn das Pulvermaterial M zu dem zweiten Bereich 13 auf dem halbfertigen Objekt 10 geliefert wird, kann das Pulvermaterial M, das in dem ersten Bereich 12 angebracht ist, gesintert werden. Im Gegensatz dazu, wenn das Pulvermaterial M zu dem ersten Bereich 12 auf dem halbfertigen Objekt 10 geliefert wird, kann das Pulvermaterial M, das in dem zweiten Bereich 13 angebracht ist, gesintert werden.
8A zeigt ein dreidimensional geformtes Objekt, das durch Durchführung des Herstellungsprozesses gebildet wurde, der in 6A bis 6C dargestellt ist. 8B ist eine schematische Querschnittsansicht, die das halbfertige Objekt, das in 8B dargestellt ist, entlang einer Schnittlinie K-K zeigt. Mit Bezug auf 8A und 8B beinhaltet das dreidimensional geformte Objekt 1 das halbfertige Objekt 10 und eine Vielzahl von Sinterstrukturen 20, die auf einer Oberfläche des halbfertigen Objekts 10 gebildet sind. Im Lichte der obigen Beschreibung weist das halbfertige Objekt 10 eine stangenförmige Struktur auf und beinhaltet eine Vielzahl von Nuten 11 und die Erstreckungsrichtung jeder der Nuten 11 unterscheidet sich von der Gesamterstreckungsrichtung des halbfertigen Objekts 10. Die Sinterstrukturen 20 sind an dem halbfertigen Objekt 10 gebildet. Jede der Sinterstrukturen 20 beinhaltet einen ersten Sinterabschnitt 21, einen zweiten Sinterabschnitt 22 und andere Sinterabschnitte 23 und 24, wie in 6C gezeigt. Der erste Sinterabschnitt 21 ist aus einer Vielzahl erster Sinterschichten S1 zusammengesetzt, die an dem halbfertigen Objekt 10 gestapelt sind und der zweite Sinterabschnitt 22 ist aus einer Vielzahl zweiter Sinterschichten S2 zusammengesetzt, die an dem halbfertigen Objekt 10 gestapelt. Hier ist die Richtung, in der die ersten Sinterschichten S1 gestapelt sind parallel zu der ersten Richtung D1 und die Richtung, in der die zweiten Sinterschichten S2 gestapelt sind parallel zu der zweiten Richtung D2. Die Richtung, in der die Sinterschichten des Sinterabschnitt 23 gestapelt sind kann die gleiche sein wie die Richtung, in der die ersten Sinterschichten S1 des ersten Sinterabschnitts 21 gestapelt sind und die Richtung, in der die Sinterschichten des Sinterabschnitts 24 gestapelt sind kann die gleiche sein wie die Richtung, in der die zweiten Sinterschicht S2 des zweiten Sinterschichtens 22 gestapelt sind, was jedoch nicht als eine Einschränkung der Erfindung ausgelegt werden soll.
Der erste Sinterabschnitt 21, der zweite Sinterabschnitt 22 und die Sinterabschnitte 23 und 24 stehen in Kontakt zueinander. Außerdem definieren die Oberfläche des halbfertigen Objekts 10 (d. h. die Nuten 12), der erste Sinterabschnitt 21, der zweite Sinterabschnitt 22 und die Sinterabschnitte 23 und 24 zusammen einen Kanal 30 und die Erstreckungsrichtung des Kanals 30 stimmt im Wesentlichen mit der Erstreckungsrichtung der Nuten 12 überein. Das dreidimensional geformte Objekt 1 kann zum Beispiel ein Kühlsystem oder eine Kühlröhre in einer Maschine sein. Außerdem können die Sinterstrukturen 20 zum Beispiel durch das Messer 141 des in 1 dargestellten Schneide- und Poliermoduls 140 sauber abgeschnitten oder poliert werden. Aus einer anderen Sichtweise, gemäß den vorliegenden Anforderungen, kann ein Material jeder der Sinterabschnitte gleich sein zu oder sich unterscheiden von einem Material des halbfertigen Objekts 10, was jedoch nicht zur Einschränkung der Erfindung ausgelegt werden sollte.
In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform kann der erwünschte Kanal 30 dadurch gebildet werden, dass die Sinterschichten als in unterschiedliche Richtungen gestapelt auf der unebenen Oberfläche des halbfertigen Objekts 10 erzeugt werden, durch Mittel der Vorrichtung 100 oder 100A in 1 oder 4. Obwohl das halbfertige Objekt 10 eine gekrümmte (unebene) Oberfläche aufweist, kann die Sinterstruktur 20 gebildet werden als Reaktion auf das vorbestimmte Design.
In der vorhergehenden beispielhaften Ausführungsform sind die Kanäle 30 entlang der Oberfläche des stangenförmigen halbfertigen Objekts 10 verteilt. Demgemäß, obwohl das Stützmodul 110 der Vorrichtung zur Herstellung des dreidimensional geformten Objekts durch die Flexibilität von fünf Achsen gekennzeichnet ist, kann das hierin beschriebene Stützmodul sich auch lediglich entlang der Rotationsachse A drehen. Jedoch, basierend auf unterschiedlichen Designanforderungen, kann ein erwünschtes dreidimensional geformtes Objekt unter Verwendung des Stützmoduls 110 gebildet werden, das durch Fünfachsenflexibilität gekennzeichnet ist, d. h. die Bewegung entlang der drei Linearbewegungsachsen und der Drehung um die zwei Rotationsachsen A und B. Zum Beispiel zeigt 9 ein dreidimensional geformtes Objekt, das durch Anwendung einer Vorrichtung zur Herstellung eines dreidimensional geformten Objekts gebildet wurde gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform der Erfindung. Mit Bezug auf 9 beinhaltet das dreidimensional geformte Objekt 2 das halbfertige Objekt 40 und eine Vielzahl von Sinterstrukturen 42 und das halbfertige Objekt 40 weist eine sphärische bzw. kugelförmige Form auf. Wenn die Vorrichtung 100 zur Herstellung des dreidimensional geformten Objekts angewendet wird, um die Sinterstrukturen 42 zu bilden, erlaubt die Fünfachsenflexibilität des Stützmoduls 110 in der Vorrichtung 100 der resultierenden Sinterstruktur entlang der kugelförmigen Oberfläche des halbfertigen Objekts 40 in einem Zick-Zack-Muster verteilt zu sein.
Es wird für Fachleute offensichtlich sein, dass verschiedene Modifikationen und Variationen an der Struktur der offenbarten Ausführungsformen vorgenommen werden können, ohne den Schutzbereich oder das Wesen der Erfindung zu verlassen. Hinsichtlich der vorhergehenden Ausführungen ist es beabsichtigt, dass die vorliegende Erfindung Modifikationen und Variationen dieser Erfindung überdeckt, falls sie in den Schutzbereich der folgenden Ansprüche und ihrer Äquivalente fallen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

TW 103100411 [0001]

Claims

Vorrichtung (100, 100A) zur Herstellung eines dreidimensional geformten Objekts (1, 2), wobei die Vorrichtung (100, 100A) umfasst: ein Stützmodul (110), das angepasst ist, um ein halbfertiges Objekt (10, 40) zu halten; ein Materialversorgungsmodul (120), das ein Pulvermaterial (M) bereitstellt und das Pulvermaterial (M) an einer Oberfläche des halbfertigen Objekts (10, 40) anbringt; und ein Energiequellenmodul (130), das eine Strahlungsquelle (L) bereitstellt, die das halbfertige Objekt (10, 40) bestrahlt, wobei das Stützmodul (110) angepasst ist, um das halbfertige Objekt (10, 40) zu drehen, so dass das Pulvermaterial (M), das an dem halbfertigen Objekt (10, 40) angebracht ist, zu dem Energiequellenmodul (130) hin gedreht wird und durch die Strahlungsquelle (L) bestrahlt wird, um eine Sinterschicht (S1, S2) zu bilden, wobei das Pulvermaterial (M) ständig an dem halbfertigen Objekt (10, 40) angebracht wird während das halbfertige Objekt (10, 40) gedreht wird.
Vorrichtung (100, 100A) gemäß Anspruch 1, wobei das Stützmodul (110) angepasst ist, um das halbfertige Objekt (10, 40) entlang einer Vielzahl von Achsrichtungen zu drehen.
Vorrichtung (100, 100A) gemäß Anspruch 1, wobei die Oberfläche des halbfertigen Objekts (10, 40) uneben ist.
Vorrichtung (100, 100A) gemäß Anspruch 1, weiterhin umfassend eine Energieversorgung (150), die elektrisch zwischen dem Stützmodul (110) und dem Materialversorgungsmodul (120) gekoppelt ist, wobei das Pulvermaterial (M) durch eine elektrostatisch Kraft an dem halbfertigen Objekt (10, 40) angebracht wird, wenn sich das halbfertige Objekt (10, 40) dem Materialversorgungsmodul (120) nähert.
Vorrichtung (100, 100A) gemäß Anspruch 1, wobei das Stützmodul (110) ein Schubelement (111) und eine Halterung (112) umfasst und das halbfertige Objekt (10, 40) durch das Schubelement (111) und die Halterung (112) gehalten wird und zwischen diesen befestigt ist.
Vorrichtung (100, 100A) gemäß Anspruch 1, wobei das Materialversorgungsmodul (120) ein Schabelement (121) umfasst zum Schaben und Ausgleichen des Pulvermaterials (M), das an dem halbfertigen Objekt (10, 40) angebracht ist.
Vorrichtung (100, 100A) gemäß Anspruch 1, wobei das Energiequellenmodul (130) ein Zoomenergiequellenmodul ist.
Vorrichtung (100, 100A) gemäß Anspruch 1, wobei sich eine Bestrahlungsrichtung der Strahlungsquelle (L) von einer Richtung unterscheidet, in der das Pulvermaterial (M) an dem halbfertigen Objekt (10, 40) bereitgestellt wird.
Vorrichtung (100, 100A) gemäß Anspruch 1, weiterhin umfassend ein Schneide- und Poliermodul (140), das angepasst ist, um einen Schnitt- oder Polierprozess an wenigstens einem des halbfertigen Objekts (10, 40) und der Sinterschicht (S1, S2) auszuführen.
Verfahren zur Herstellung eines dreidimensional geformten Objekts (1, 2), wobei das Verfahren umfasst: Bereitstellen der Vorrichtung (100, 100A) gemäß Anspruch 1; Drehen des halbfertigen Objekts (10, 40) durch das Stützmodul (110), so dass das Pulvermaterial (M) von dem Materialversorgungsmodul (120) an einem ersten Bereich (R1) an dem halbfertigen Objekt (10, 40) angebracht wird, und Drehen des halbfertigen Objekts (10, 40) durch Drehen des Stützmoduls (110), so dass der erste Bereich (R1) zu dem Energiequellenmodul (130) gedreht wird und durch die Strahlungsquelle (L) bestrahlt wird, und Sintern des Pulvermaterials (M), das an dem ersten Bereich (R1) angebracht ist, entlang eines vorbestimmten Pfades (P), um so die Sinterschicht (S1, S2) zu bilden.
Verfahren gemäß Anspruch 10, weiterhin umfassend wiederholtes Durchführen des Schritts des Bildens der Sinterschicht (S1, S2), um eine Vielzahl erster Sinterschichten (S1) zu bilden, wobei die ersten Sinterschichten (S1) gestapelt sind, um einen ersten Sinterabschnitt (21) zu bilden, und wobei eine Richtung, in der die ersten Sinterschichten (S1) gestapelt sind parallel zu einer ersten Richtung (D1) ist.
Verfahren gemäß Anspruch 11, weiterhin umfassend wiederholtes Durchführen des Schritts des Bildens der Sinterschicht (S1, S2), um eine Vielzahl zweiter Sinterschichten (S2) zu bilden, wobei die zweiten Sinterschichten (S2) gestapelt sind, um einen zweiten Sinterabschnitt (22) zu bilden, und wobei eine Richtung, in der die zweiten Sinterschichten (S2) gestapelt sind parallel zu einer zweiten Richtung (D2) ist, wobei sich die erste Richtung (D1) von der zweiten Richtung (D2) unterscheidet.
Verfahren gemäß Anspruch 10, weiterhin umfassend: Durchführen eines Schneide- oder Polierprozesses an wenigstens einem des halbfertigen Objekts (10, 40) und der Sinterschicht (S1, S2) unter Verwendung eines Schneide- und Poliermoduls (140).
Verfahren gemäß Anspruch 10, weiterhin umfassend jeweils Bereitstellen von Ladungen an dem halbfertigen Objekt (10, 40), das durch das Stützmodul (110) gehalten wird, und an das Pulvermaterial (M), das durch das Materialversorgungsmodul (120) gehalten wird, durch eine Energieversorgung (150), die elektrisch zwischen dem Stützmodul (110) und dem Materialversorgungsmodul (120) gekoppelt ist, wobei das Pulvermaterial (M) durch eine elektrostatisch Kraft an dem halbfertigen Objekt (10, 40) angebracht wird, wenn sich das halbfertige Objekt (10, 40) dem Materialversorgungsmodul (120) nähert.
Verfahren gemäß Anspruch 10, wobei das Stützmodul (110) angepasst ist, um das halbfertige Objekt (10, 40) entlang einer Vielzahl von Achsrichtungen zu drehen, wenn das Stützmodul (110) das halbfertige Objekt (10, 40) dreht.
Verfahren gemäß Anspruch 10, weiterhin umfassend: Platzieren eines Schabelements (121) an dem Materialversorgungsmodul (120) zum Schaben und Ausgleichen des Pulvermaterials (M), das an der Oberfläche des halbfertigen Objekts (10, 40) angebracht ist.
Verfahren gemäß Anspruch 10, wobei das Verfahren nach dem Sintern des Pulvermaterials (M), das an dem ersten Bereich (R1) angebracht ist, um die Sinterschicht (S1, S2) zu bilden, weiterhin umfasst: Entfernen eines verbliebenen nicht gesinterten Abschnitts des Pulvermaterials (M) von dem halbfertigen Objekt (10, 40).
Verfahren gemäß Anspruch 17, wobei ein Verfahren des Entfernens des verbliebenen nicht gesinterten Abschnitts des Pulvermaterials (M) ein Reinigungsverfahren umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 10, weiterhin umfassend Drehen des halbfertigen Objekts (10, 40) und Anbringen des Pulvermaterials (M) an einem zweiten Bereich (R2) an dem halbfertigen Objekt (10, 40), wobei sich der zweite Bereich (R2) von dem ersten Bereich (R1) unterscheidet.
Verfahren gemäß Anspruch 19, wobei das Verfahren, nachdem das Pulvermaterial (M) an dem zweiten Bereich (R2) angebracht wurde, weiterhin ein Drehen des zweiten Bereichs (R2) umfasst, so dass dieser zu dem Energiequellenmodul (130) gedreht wird, um das Pulvermaterial (M), das an dem zweiten Bereich (R2) angebracht ist, zu sintern.
Verfahren gemäß Anspruch 19, wobei, während das Pulvermaterial (M) an dem zweiten Bereich (R2) angebracht wird, die Strahlungsquelle (L) das Pulvermaterial (M), das an dem ersten Bereich (R1) angebracht ist, bestrahlt und sintert.
Dreidimensional geformtes Objekt (1, 2), umfassend: ein halbfertiges Objekt (10, 40); und eine Vielzahl von Sinterstrukturen (20, 42), die an dem halbfertigen Objekt (10, 40) gebildet sind, wobei jede der Sinterstrukturen (20, 42) umfasst: einen ersten Sinterabschnitt (21), der aus einer Vielzahl von ersten Sinterschichten (S1) zusammengesetzt ist, die an dem halbfertigen Objekt (10, 40) gestapelt sind, wobei eine Richtung, in der die ersten Sinterschichten (S1) gestapelt sind parallel zu einer ersten Richtung (D1) ist; und einen zweiten Sinterabschnitt (22), der aus einer Vielzahl von zweiten Sinterschichten (S2) zusammengesetzt ist, die an dem halbfertigen Objekt (10, 40) gestapelt sind, wobei eine Richtung, in der die zweiten Sinterschichten (S2) gestapelt sind parallel zu einer zweiten Richtung (D2) ist, wobei sich die erste Richtung (D1) von der zweiten Richtung (D2) unterscheidet.
Dreidimensional geformtes Objekt (1, 2) gemäß Anspruch 22, wobei der erste Sinterabschnitt (21) und der zweite Sinterabschnitt (22) miteinander in Kontakt stehen.
Dreidimensional geformtes Objekt (1, 2) gemäß Anspruch 22, wobei eine Oberfläche des halbfertigen Objekts (10, 40), der erste Sinterabschnitt (21) und der zweite Sinterabschnitt (22) zusammen einen Kanal definieren.
Dreidimensional geformtes Objekt (1, 2) gemäß Anspruch 22, wobei eine Oberfläche des halbfertigen Objekts (10, 40) uneben ist.
Dreidimensional geformtes Objekt (1, 2) gemäß Anspruch 22, wobei ein Material von wenigstens einem des ersten und des zweiten Sinterabschnitts (22) sich von einem Material des halbfertigen Objekts (10, 40) unterscheidet.
Dreidimensional geformtes Objekt (1, 2) gemäß Anspruch 22, wobei ein Material von wenigstens einem des ersten und des zweiten Sinterabschnitts (21, 22) identisch mit einem Material des halbfertigen Objekts (10, 40) ist.